Detekcja cząstek rejestracja identyfikacja kinematyka Zjawiska

advertisement
Detekcja cząstek
• rejestracja
• identyfikacja
• kinematyka
Zjawiska towarzyszące przechodzeniu
cząstek przez materię
•
•
•
•
•
jonizacja
scyntylacje
zjawiska w półprzewodnikach
promieniowanie Czerenkowa
promieniowanie hamowania
(bremsstrahlung)
• wielokrotne rozpraszanie
• cząstki neutralne?
Oddziaływanie promieniowania  z
materią
•zjawisko fotoelektryczne - oddziaływanie z elektronem
związanym w atomie – całkowita absorpcja kwantu 
•rozpraszanie komptonowskie - rozpraszanie kwantu  na
swobodnym elektronie – kwant  zmienia energię i
kierunek ruchu
•tworzenie par elektron-pozyton - kwant  znika, a
pojawia się para elektron-pozyton
Zjawisko fotoelektryczne
m
hv  W 
2
hv – energia fotonu
W – praca wyjścia elektronu
m – masa elektronu
υ – prędkość wybitego elektronu
2
Zjawisko Comptona
h
1  cos  
 f   i   
me c
λi –długość fali padającego fotonu
λf –długość fali rozproszonego fotonu
θ – kąt rozproszenia fotonu
Tworzenie par elektron-pozyton
hv  2 me c 2  E   E   E K
mec2 – energia spoczynkowa elektronu
E + - energia kinetyczna pozytonu
E - - energia kinetyczna elektronu
EK – energia kinetyczna trzeciego
ciała
(najczęściej jądra atomowego)
Detekcja gamma
ucieczka rozproszonego fotonu – częściowa strata energii
rozpraszanie
Comptona
absorbcja w zjawisku
fotoelektrycznym
tworzenie par
ucieczka fotonu 0,511 MeV pochodzącego z anihilacji
Widmo promieniowania gamma
Współczynnik osłabienia wiązki prom. gamma
N x   N 0 e  x
Przechodzenie ciężkich cząstek
naładowanych przez materię
Jonizacja, wzbudzenia atomów
Wielokrotne rozpraszanie
Wielokrotne rozpraszanie
Cząstka traci niewielką energię i nieznacznie zmienia kierunek w
każdym akcie oddziaływania. Po przebyciu pewnej drogi w ośrodku…
…zmniejsza się energia …i dekolimuje się pierwotna wiązka.
przed
po
energia
kierunek
Wielokrotne rozpraszanie
Intensywność wiązki w funkcji drogi przebytej w ośrodku:
w wyniku wielokrotnego
rozpraszania
N (x)
w wyniku procesów, w których cząstka traci
znaczną część energii i wypada z wiązki
lnN(x)
N(0)
N(0)/2
R0 x
zasięg
x
proces statystyczny:
N   Nx
N x   N 0 e  x
Jonizacja
Średnie straty energii na joniozację (formuła Bethe – Blocha):
 2m e  2 c 2
dE 4e 4 z 2
2


nZ ln
 
2 2
2
dx me  c
 I 1   

ez – ładunek cząstki
Z, A – wielkości charakteryzujące
ośrodek
 – prędkość cząstki (v/c)
I – energia jonizacji (I  13.5Z eV)
n – koncentracja
Jonizacja
możliwa identyfikacja
średnia gęstość jonizacji
Krzywa Bragga
droga przebyta w absorbencie
zasięg
Przechodzenie elektronów przez materię
•Jonizacja - podobnie jak dla ciężkich cząstek naładowanych,
•Oddziaływania nieelastyczne, wskutek których emitowane jest
promieniowanie elektromagnetyczne (tzw. promieniowania
hamowania) zaś elektron traci część swej energii,
•Elastyczne zderzenia z elektronami i jądrami atomowymi wskutek
których elektron zmienia kierunek swego ruchu, a w przypadku
zderzeń z elektronami traci także część swej energii.
Przechodzenie elektronów przez materię
Przekrój czynny na jonizację dla małych
energii elektronów E  0,1MeV
Przekrój czynny rośnie z Z i szybko maleje z 
Przekrój czynny na rozpraszanie sprężyste również
rośnie z Z i maleje z energią elektronów
Przechodzenie elektronów przez materię
Promieniowanie hamowania
Proces istotny dla elektronów o dużej energii (relatywistycznych),
pomijalny dla ciężkich cząstek (np. dla protonów)
Przechodzenie elektronów przez materię
Zmiana intensywności wiązki
monoenergetycznych
elektronów w materii.
Zmiana intensywności wiązki
elektronów o ciągłym widmie
energii (z przemiany .
Przechodzenie elektronów przez materię
Związek między energią a zasięgiem elektronów w aluminium.
(zasięg w mg/cm2)
Promieniowanie rentgenowskie
Widmo liniowe – jonizacja
i wzbudzenia atomów
Widmo ciągłe –
promieniowanie
hamowania
Download